当研究室では光の応用に関する研究を行なっています。身の周りにあたりまえのように存在する光の性質を明らかにし、それを利用して、ものの形や性質を詳細に計測したり、大量の情報を高速に伝える方法を考案することに取り組んでいます。光を応用したシステムを作るにあたって、電子工学(エレクトロニクス)の技術も駆使します。
研究実習では、プログラミング技術(C,Pythonなど)、電子回路作製技術、電磁気学や光学の基礎勉強など、光エレクトロニクスの研究を行うために必要な基礎的な内容をゼミ形式で学習します。これらの学習は、卒業研究を行うために必要であるだけでなく、卒業・修了後に社会の中で活躍する際の素養として役立つと考えています。ゼミの場では、スライド等を用いた学習・研究成果発表の機会をなるべく多く設け、各自が得た新しい知識や成果を他の人に説明することに慣れてもらいます。また、学習や研究の経過や成果を文章にまとめる能力を身につけるために、活動の節目において学習や研究の成果をレポートにまとめてもらいます。
卒業研究の課題は3名の教員がそれぞれ設定し、それぞれの教員や大学院生の指導のもとで研究や学習を進めます。3年次の研究実習においても、研究の意義や背景を各教員から学びます。4年生終了時には研究の集大成として卒業論文をまとめ、卒業研究発表を行います。
研究が進めば、他大学や企業の研究者が集まる学会で研究発表をしたり、共同研究に参加することにもなります。これらの活動は、多くの場合、大学院在学時に行うことになります。より専門的で先端的な知識の習得や、研究への取り組み方を学ぶために、大学院に進学することを勧めます。
上に述べた研究室活動に関心がある人は、是非、当研究室への配属を希望してください。光ファイバ通信や光ファイバセンシング、光による生体観測、光計測・光物性に興味がある人、数学や物理が得意/好きな人、光学実験技術や計算機シミュレーションのためのプログラミング技術を身につけたい人、プレゼンテーション能力を高めたい人、学会における研究発表を積極的に行いたい人、などの配属志望を歓迎します。
なお、3名の教員のうち、松本は2025年3月に退職予定です。
シリカガラスを材料とする光ファイバの損失は0.2dB/km(伝送距離1kmあたりの損失が約5%)と非常に小さく、大量の情報を遠距離まで送り届けるための線路として優れています。社会の基幹的な情報伝送は光ファイバ通信システムが担っており、スマートフォンやパソコン上で提供される各種のサービスは光ファイバなしでは成り立たないと言えます。私は、光ファイバ通信における信号伝送速度と伝送距離をできる限り増大させることを目指した研究を行っています。また、ファイバの中では、光は断面積が数十平方ミクロン程度の非常に細い領域内に閉じ込められて伝わるため、単位面積あたりの光強度が大きくなり、屈折率の光強度依存性による非線形効果が容易に現れます。この効果を利用した光短パルス生成や高速信号処理についての研究も手掛けています。また、光ファイバを用いた種々のセンシング手法や、光ファイバからのレイリー散乱光を利用したリザバーコンピューティングの研究も行っています。
光を使った情報伝送の効率(信号電力あたり、信号周波数帯域幅あたりのビット速度)を上げたり、分散による光信号波形の歪みを修復するためには光の位相の検出と位相積極的な利用が欠かせません。光信号の位相を読み取るためにはコヒーレント検波方式が有効ですが装置が複雑になります。ここでは、直接検波によって観測した光信号の電力波形から位相を読み取る方法を研究しています。
光ファイバは情報伝送線路として優れた性質をもっています。このことは、ファイバの一端から入力された光が減衰をあまり受けずに素通りに近い形で他端から出力されることを意味します。ですが、ファイバ中を進む光はごくわずかに散乱されその一部が入力端に向かって反射されます。この微量の反射光を解析することによって、ファイバに加わる歪みや温度の変化を位置を特定しながら観測することができます。ここでは、ファイバ中のレイリー散乱やブリルアン散乱を利用した光ファイバセンサの高感度化や高空間分解能化をめざした研究を行なっています。
光ファイバは優れた情報伝送線路であるとはいえ、信号速度や伝送距離が大きくなるとさまざまな要因によって受信信号波形が大きく歪みます。伝送路ファイバの屈折率の電力依存性が無視できないような長距離の信号伝送や、2乗特性をもつ直接検波を用いた伝送システムでは、送受信機間の伝達特性が非線形となり受信信号波形から送信データを読み取ることが難しくなります。そのような場合には機械学習を用いた受信データ読み取り方式が有効になります。ここでは、人工神経網型の光データ検出回路の研究を行なっています。
・ M. Matsumoto, “Complex field reconstruction of optical OFDM signals based on temporal transport-of-intensity equation”,
Optics Express, vol.29, no.22, pp. 36155-36166 (2021).
・ M. Matsumoto, “Optical signal phase reconstruction based on temporal transport-of-intensity equation”,
Journal of Lightwave Technology, vol.38, no.17, pp. 4722-4729 (2020).
・ M. Matsumoto and S. Akai, “High-spatial-resolution Brillouin optical correlation domain analysis using short-pulse optical sources”,
Journal of Lightwave Technology, vol.37, no.24, pp. 6007-6014 (2019).
・ M. Matsumoto and G. Miyashita, “Efficiency and stability of pulse compression using SBS in a fiber with frequency-shifted feedback”,
IEEE Photonics Technology Letters, vol. 29, no. 1, pp. 3-6 (2017).
・ M. Matsumoto and R. Nishimura, “Optical carrier extraction from carrier-less phase modulated optical signals”,
IEICE Electronics Express, vol. 12, no. 24, Article #20150913 (9 pages) (2015).
・ M. Matsumoto, “Simple DQPSK signal regenerator using electrical limiting amplifiers”,
IEEE Photonics Journal, vol. 7, no. 6, Article #7802313 (13 pages) (2015).
・ M. Matsumoto, “Information-rate analysis of a fiber-optic transmission system including 2R signal regenerators”,
Optics Express, vol.21, no.22, pp. 26762-26773 (2013).
・ M. Matsumoto, “Impact of dispersion slope on performance of fibre-optic-parametric-amplifier-based all-optical amplitude limiter”,
Electronics Letters, vol.49, no.3, pp. 291-292 (2013).
・ M. Matsumoto, “Fiber-based all-optical signal regeneration” (invited),
IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 18, no. 2, pp. 738-752 (2012).
・ Nor Shahida Mohd Shah and M. Matsumoto, “Analysis and experiment of all-optical time-interleaved multi-channel regeneration based on higher-order four-wave mixing in a fiber”,
Optics Communications, vol. 284, no. 19, pp. 4687-4694 (2011).
・ Nor Shahida Mohd Shah, M. Sato, and M. Matsumoto, “Adaptive delay control for time-interleaved multi-channel amplitude limiter based on saturation of four-wave mixing in a fiber”,
Optics Express, vol. 19, no. 22, pp. 21246-21257 (2011).
・ 松本正行, “光ファイバを用いた大容量信号伝送と高速光信号処理”(解説論文),
応用物理,vol.80, no.12, pp.1042-1048 (2011).
・ Nor Shahida Mohd Shah and M. Matsumoto, “2R regeneration of time-interleaved multi-wavelength signals based on higher-order four-wave mixing in a fiber”,
IEEE Photonics Technology Letters, vol. 22, no.1, pp. 27-29 (2010).
・ M. Matsumoto, “Iterative field reconstruction in direct-detection receiver using the Fienup input-output algorithm”,
2022 IEEE Photonics Conference (IPC2022), TuF1 (Nov. 15, 2022).
・ M. Matsumoto, “Iterative field reconstruction using Gerchberg-Saxton and Fienup algorithms in IM/DD PAM4 signal transmission”,
OptoElectronics and Communications Conference 2022 (OECC2022), TuP-B-3 (July 5, 2022).
・ M. Matsumoto and T. Takahashi, “Comparison of iterative field reconstruction schemes for IM/DD PAM4 signal transmission”,
Asia Communications and Photonics Conference (ACP 2021), W4B.4 (Oct. 27, 2021).
・ M. Matsumoto, “Influence of electrical noise on temporal optical phase reconstruction using transport-of-intensity equation” (invited),
2020 IEEE Photonics Society Summer Topicals Meeting Series, WB2.1 (July 15, 2020).
・ M. Matsumoto, “Phase reconstruction scheme using dispersive media in direct detection” (invited),
Optical Fiber Communication Conference (OFC2020), M1I.6 (March 9, 2020).
・ M. Matsumoto, “Phase-reconstruction schemes for optical fiber communications using direct detection” (invited),
2019 URSI-Japan Radio Science Meeting, (URSI-JRSM) 2019), D1-2 (Sep. 5, 2019).
・ M. Matsumoto, “Reconstruction of optical QAM signals by direct detection” (invited),
13th International Workshop on Optical Signal Processing and Optical Switching (IWOO2018), Yamanashi (Nov. 6, 2018).
・ M. Matsumoto and S. Takeda, “Performance of opto-electronic phase conjugation in intensity-modulated signal transmission systems”,
Pacific Rim Conference on Lasers and Electro‐Optics (CLEO/Pacific Rim) 2018, Th3I.3 (Aug. 2, 2018).
・ M. Matsumoto, “A phase retrieval method using dispersion for direct detection of biased QAM signals”,
Conference on Lasers and Electro-Optics 2018 (CLEO2018), STu3C.5 (May 15, 2018).
・ M. Matsumoto and R. Obata, “Mitigation of cross-phase modulation in WDM transmission by mid-link electro-optic phase conjugation”,
Opto-Electronics and Communications Conference (OECC) and Photonics Global Conference (PGC), 2017, P3-017 (Aug. 3, 2017).
・ M. Matsumoto, G. Miyashita, and H. Kiso, “Fiber-based SBS pulse compression using Bragg grating reflection feedback of Stokes seed”,
Conference on Lasers and Electro-Optics 2017 (CLEO2017), STh3K.5 (May 18, 2017).
・ M. Matsumoto and G. Miyashita, “Pulse compression using stimulated Brillouin scattering in fiber with frequency-shifted loopback”,
Conference on Lasers and Electro-Optics 2016 (CLEO2016), JTu5A.125 (June 7, 2016).
・ M. Matsumoto and R. Nishimura, “Optical carrier extraction from carrier-less QPSK signals”,
2014 IEEE Photonics Society Summer Topicals Meeting Series, Nonlinear Optical Signal Processing, MD2-2 (July 14, 2014).
・ M. Matsumoto, “Optical carrier extraction for homodyne detection of BPSK signals”,
The 18th OptoElectronics and Communications Conference/ Photonics in Switching (OECC/PS 2013), TuPR-6 (July 2, 2013).
・ M. Matsumoto, S. Kou, and S. Tanaka, “Opto-electronic multi-level signal regeneration”,
Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2013), CM1G.2 (June 10, 2013).
・ M. Matsumoto, “Regeneration of multi-level phase-shift keying optical signals” (invited),
The 7th International Conference on Nanophotonics/The 3rd Conference on Advances in Optoelectronics and Micro/Nano Optics (ICNP/AOM2013) (May 22, 2013).
・ S. Managaki, K. Nagata, and M. Matsumoto, “Coherent opto-electronic BPSK signal regenerator”,
The 17Th OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2012), P1-12 (July 2012).
・ M. Matsumoto, “Optical regeneration schemes for multi-level modulation format signals” (invited),
Workshop on All-Optical Signal Processing: Next-Generation Applications, Optical Fiber Communication Conference (OFC/NFOEC2012) (March 5, 2012).
・ M. Matsumoto, “All-optical and opto-electronic signal regenerators” (invited),
15th International SAOT (The Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies) Workshop on All-Optical Signal Regeneration (Sep. 28, 2011).
・ M. Matsumoto, “Optical parametric regeneration of phase-modulated signals” (invited),
Symposium on Fiber Parametric Devices and Applications, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO2011), CWD3 (May 4, 2011).
・ N. S. Mohd Shah, D. Yang, and M. Matsumoto, “Amplitude limiting of time-interleave-multiplexed OOK and DPSK signals based on four-wave mixing in a fiber”,
Photonics Global Conference 2010, 2-3A-6 (Dec. 15, 2010).
・ M. Matsumoto, “Regeneration of phase encoded signals: Different schemes and future issues” (invited),
Workshop on All-Optical Processing of Advanced Modulation Format Signals, 36th European Conference on Optical Communication (ECOC2010) (Sep. 19, 2010).
・ M. Matsumoto, “Interpulse gain modulation in a high-speed all-optical amplitude limiter using saturation of parametric amplification in fiber”,
The 15th OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2010), 8C2-4 (2010).
・ M. Matsumoto and Y. Yahata, “Information rates of PSK-signal transmission in a system including phase-preserving amplitude limiters”,
Nonlinear Photonics Topical Meeting (Optical Society of America), NME35 (2010).
・ M. Matsumoto, “All-optical regeneration of phase-encoded signals in transmission systems” (invited),
IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting on Nonlinear Fiber Optics, WC3.2 (2010).
・ 松本正行、“局部発振光を用いないコヒーレント受信方式”(招待講演)、
第6回超高速光エレクトロニクス研究会、電子情報通信学会(2021年2月22日).
・ 松本正行、“直接検波を用いた複素変調光信号の復調方式”(招待講演)、
電子情報通信学会フォトニックネットワーク研究会、信学技法、vol. 118, no. 396, PN2018-42, pp. 59-63(2019年1月17日).
・ 松本正行、“QAM光信号の直接検波による復調”(招待講演)、
レーザー学会学術講演会第39回年次大会、13aII4(2019年1月13日).
・ 松本正行、“高次変調光信号の信号処理”(招待講演)、
光ナノサイエンス特講、奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科(2014年10月6日).
・ 松本正行,“光直接検波信号からの位相情報の読み取り技術”,
次世代高速通信に対応する光回路実装、デバイスの開発、技術情報協会、第12章、第8節(分担執筆, 2022).
・ 松本正行,“光ファイバ通信の長距離・高速化に向けて:光信号再生技術”,
光科学の世界,朝倉書店(分担執筆, 2014).
・ M. Matsumoto, “Optical regenerators for novel modulation schemes”
in Impact of Nonlinearities on Fiber Optic Communications, S. Kumar Ed. pp.415-450,
Springer Verlag (2011).
・ A. Hasegawa and M. Matsumoto, “Optical Solitons in Fibers, 3rd Edition”,
Springer, Berlin (2002).
・ 衣川昌孝、松本正行、“時間領域タイコグラフィーを用いた複素光信号の反復再構成の検討”、
電子情報通信学会技術研究報告、vol. 123, no. 442, PN2023-91, pp. 121-126(2024年3月15日).
・ 谷村一起、松本正行、“正弦波周波数変調光源を用いた時間ゲートデジタルOFDRにおけるチャープ多重の検討”、
電子情報通信学会技術研究報告、vol. 123, no. 344, OFT2023-62, pp. 31-34(2024年1月19日).
・ 谷口輝、松本正行、“反復計算による直接検波コヒーレント光OFDM信号の位相再構成”、
電子情報通信学会2023年ソサイエティ大会、B-10-36(2023年9月15日).
・ 高橋拓也、松本正行、“IM/DD伝送における受信光位相の反復計算による検出”、
電子情報通信学会2021年ソサイエティ大会、B-10-18(2021年9月16日).
・ 村嶋なぎ、松本正行、“ブリルアン動的グレーティングによる線形パルス圧縮”、
電子情報通信学会2020年総合大会、B-13-15(2020年3月18日).
・ 永井孝明、松本正行、“位相変調光信号からの位相同期キャリア抽出に関する考察”、
電子情報通信学会2020年総合大会、B-10-36(2020年3月18日).
・ 赤井伸伍、松本正行、“短パルス半導体レーザを光源とする高空間分解能BOCDA光ファイバセンサ”、
電子情報通信学会2019年総合大会、B-13-22(2019年3月20日).
・ 木曽一志、松本正行、“光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱を用いた光パルス圧縮”、
電子情報通信学会技術研究報告、vol. 118, no. 399, LQE2018-170, pp. 119-122(2019年1月17日).
・ 赤井伸伍、松本拓馬、松本正行、“短パルス光源を用いた高空間分解能ブリルアン相関領域解析分布センサ”、
電子情報通信学会技術研究報告、vol. 118, no. 398, OPE2018-140, pp. 1-6(2019年1月17日).
・ 武田凌、松本正行、“光電気変換型位相共役器による強度変調光信号の非線形劣化補償”、
電子情報通信学会光通信システム研究会第32回光通信システムシンポジウムポスター発表、P-12(2018年12月18日).
・ 武田凌、松本正行、“光電気変換型位相共役器による波長分割多重信号の非線形劣化補償”、
電子情報通信学会2018年ソサイエティ大会、B-10-50(2018年9月13日).
・ 小畑博昭、赤井伸伍、井戸硲功将、松本正行、“短パルス変調を用いた高空間分解能 フブリルアン光ファイバ相関領域解析センシングの検討”、
レーザー学会学術講演会第38回年次大会、G225pIX08(2018年1月25日).
・ 小畑諒平、松本正行、”光電気変換型位相共役器を用いたコヒーレントWDM信号伝送劣化補償、
レーザー学会学術講演会第37回年次大会、08pIV3(2017年1月25日).
・ 宮下原弥、松本正行、”光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱を用いたパルス圧縮”、
レーザー学会学術講演会第37回年次大会、07pV2(2017年1月24日).
・ 横山佳紀、松本正行、”ホモダイン検波用局部発振光生成のための半導体レーザ注入同期の安定化”、
レーザー学会学術講演会第37回年次大会、07aIV4(2017年1月24日).
・ 宮下原弥、松本正行、“光ファイバ中のブリルアン散乱を用いたパルス圧縮の解析”、
電子情報通信学会2016年総合大会、B-13-13(2016年3月16日).
・ 浜野雄斗、松本正行、“周回型ブリルアン光ファイバ時間領域計測の検討”、
電子情報通信学会2014年ソサイエティ大会、B-13-2(2014年9月23日).
・ 西村亮、松本正行、”QPSK信号からの光キャリア抽出手法”、
電子情報通信学会2014年総合大会、B-10-72(2014年3月21日).
・ 西村亮、松本正行、”無キャリアBPSK信号からの光キャリア抽出”、
電子情報通信学会2013年ソサイエティ大会、B-10-73(2013年9月19日).
・ 赤井伸伍:電子情報通信学会光エレクトロニクス研究専門委員会学生優秀研究賞
「短パルス光源を用いた高空間分解能ブリルアン相関領域解析分布センサ」(2019年3月).
・ 小畑博昭:レーザー学会第38回年次大会論文発表奨励賞
「短パルス変調を用いた高空間分解能ブリルアン光ファイバ相関領域解析センシングの検討」(2018年1月).
・「 短パルス光源を用いた高空間分解能BOCDA光ファイバセンサの解析 」[PDF]
電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究会 (Jan. 2021).
・「 Influence of electrical noise on temporal optical phase reconstruction using transport-of-intensity equation 」(invited)[PDF]
2020 IEEE Photonics Society Summer Topicals Meeting Series, WB2.1 (July 2020).
・「光電気変換型コヒーレント光信号再生の研究」[PDF]
テレコム先端技術研究支援センター Telecom Frontier, No. 100 (Summer 2018).
・「 Optical and opto-electronic signal regenerators 」(invited)[PDF]
15th International SAOT Workshop on All-Optical Signal Regeneration (Sep. 2011).
・「信号再生器が配置された光ファイバ伝送路の情報速度解析」[PDF]
電子情報通信学会光通信システム研究会 (July 2011).
・「 Optical parametric regeneration for phase-modulated signals 」(invited)[PDF]
CLEO2011, Symposium on Fiber Parametric Devices and Applications, CWD3 (May 2011).
・「偏波モード分散とその補償」[PDF]
情報通信研究機構季報、Vol.52, No.2, pp.43-49 (June 2006).
・「光ソリトン伝送の基礎理論」[PDF]
光ソリトン通信研究会第3回研究集会 (August 1998).
・ SCAT研究費助成(テレコム先端技術研究支援センター)、令和3〜5年度(予定)、研究代表者:松本正行
「直接検波方式光ファイバ通信における複素変調光信号再構成」.
・ 科研費基盤研究(C)、令和2〜4年度(予定)、研究代表者:松本正行
「直接検波方式光ファイバ通信における複素変調信号再構成の研究」.
・ 科研費基盤研究(C)、平成29〜令和1年度、研究代表者:松本正行
「多値変調光信号の長距離伝送のためのコヒーレント光信号中継」.
・ SCAT研究費助成(テレコム先端技術研究支援センター)、平成26〜28年度、研究代表者:松本正行
「高速デジタル信号処理に頼らないコヒーレント光信号再生の研究」.
・ 科研費基盤研究(B)、平成23〜25年度、研究代表者:松本正行
「長距離光ファイバ伝送における光・電気ハイブリッド信号処理の研究」.
・ 科研費基盤研究(B)、平成20〜22年度、研究代表者:松本正行
「多波長一括全光信号再生の研究」.
・ 科研費特定領域研究「新世代光通信へのイノベーション」公募研究、平成19〜20年度、研究代表者:松本正行
「多値位相変調光信号の伝送制御と信号再生」.
・ 科研費特定領域研究「新世代光通信へのイノベーション」公募研究、平成18年度、研究代表者:松本正行
「高機能全光信号再生の研究」.
・ 科研費基盤研究(S)、平成13〜17年度、研究代表者:松本正行
「非線形光学現象を応用した超高速光ファイバ伝送と光信号処理の研究」.
・ 電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究専門委員会専門委員(2019〜)
・ Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), Program Committee
(Lightwave Communications and Optical Networks) (2018, 2019, 2020)
・ IEEE Photonics Society, Summer Topical Meeting Series, Nonlinear-Optical Signal Processing (NOSP),
Topical Co-Chair (2014, 2015)
・ レーザー学会学術講演会年次大会、プログラム委員(光通信)(2013, 2016, 2018)
・ Optical Fiber Communication Conference (OFC),
Program Committee (Digital Transmission Systems) (2010, 2011, 2012)
・ 電子情報通信学会光エレクトロニクス研究専門委員会専門委員(2006〜2012)
・ IEEE Photonics Society Summer Topicals 2010, Nonlinear Fiber Optics,
Technical Program Committee (2010)
・ 電子情報通信学会光通信システム研究専門委員会専門委員(2003〜2009)
ほか